Тепло. Термодинамика

В учебнике на современном уровне изложены фундаментальные вопросы школьной программы, представлены основные применения законов физики, рассмотрены методы решения задач, разнообразные вопросы и задания, способствующие эффективному усвоению учебного материала. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования. Включен в Федеральный перечень учебников в составе завершенной предметной линии.

В пособии рассмотрены вопросы контактного и бесконтактного измерений температуры.

Учебно-методическое пособие содержит краткий теоретический материал, пояснения, примеры домашнего задания, вопросы для самоподготовки к промежуточной аттестации и справочно-методический материал по дисциплинам «Термодинамика и теплопередача» и «Теплотехника».

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования с учетом рекомендаций примерной основной образовательной программы высшего образования по магистратуре. Цель пособия — повышение уровня освоения компетенций в области проектирования зданий и сооружений по современному строительству объектов мирового опыта проектирования и строительства. Пособие состоит из двух частей, содержит теоретический материал, примеры расчета и рекомендации для приобретения практических навыков, необходимых для разработки проектных решений по проектированию и строительству зданий и сооружений. Предназначено для решения архитектурно-строительных задач в области физики среды на практических занятиях и в курсовых работах и проектах обучающимися магистратуры.

Пособие предназначено для самостоятельного изучения студентами модуля 2 курса «Физика». Изложены основные понятия, применяемые в термодинамике. Приведено уравнение состояния термодинамических систем. Рассмотрен статистический подход к равновесным состояниям.

Учебно-методическое пособие относится к практической части учебного процесса по дисциплине «Физика» (модуль 2 «Молекулярная физика и термодинамика»), входящей в учебную программу курса физики для всех технических специальностей МФ МГТУ им. Н.Э. Баумана. На основе предложенных задач формируются тестовые задания по проверке остаточных знаний. Для каждого студента компьютерная программа методом случайной выборки составляет вариант для тестирования, содержащий 15 тестов по 15 разделам.

Содержит три раздела, структурированных в соответствии с четырьмя задачами домашних заданий по первому и второму модулям дисциплины «Физика и естествознание» (разделы «Механика», «Термодинамика»). Все задачи имеют многовариантные условия. Даны примеры решения типовых задач.

Приведены основные сведения об электропроводности твердых тел, описана лабораторная установка, изложена методика измерения сопротивления металлов и полупроводников в зависимости от температуры.

Книга содержит результаты исследований пироэлектрических, диэлектрических и флексоэлектрических свойств сегнетоэлектриков и мультиферроиков. Приведены примеры использования сегнетокерамических материалов в пьезоэлектрических преобразователях энергии и рассмотрены конструктивные особенности преобразователей консольного типа. Книга посвящается 50-летнему юбилею со дня основания Научно-исследовательского института физики Южного федерального университета.

Лесная экосистема является типичным примером функционирования открытых термодинамических систем. Проанализировано изменение энтропии открытой термодинамической системы, в которой могут реализовываться следующие процессы: поглощение коротковолнового солнечного излучения – процесс дифференциации; процесс общего роста биомассы, связанный с расходом ресурсов на дыхание и конкуренцию. В результате действия этих процессов в систему поступает отрицательный поток энтропии, а в самой системе производится положительная энтропия. С ростом древостоя его биомасса достигает максимума, что соответствует стационарному состоянию в экосистеме. Показано, что согласно принципу (теореме) Пригожина удельное производство энтропии в открытой системе принимает минимальное положительное значение. При дальнейшем увеличении возраста древостоя стационарное состояние открытой термодинамической системы переходит к равновесному: биомасса насаждения уменьшается, а энтропия стремится к максимальному значению в соответствии со 2-м законом термодинамики (распад экосистемы). Анализ поведения открытой термодинамической системы положен в основу новой эколого-физиологической модели динамики роста древостоя. В предлагаемой модели используется 2 параметра: биомасса отдельного дерева и число деревьев на гектар. Для моделирования динамики роста биомассы отдельного дерева применяется балансовое уравнение Берталанффи, которое содержит динамическое уравнение, описывающее рост особи за счет поглощения ресурса и ограничение роста за счет расхода ресурса. Уравнение, характеризующее динамику численности древостоя, вытекает из условия достижения максимума биомассы древостоя в процессе роста насаждения. Модель динамики древостоя имеет 3 независимых параметра: время наступления стационарного режима, скорость расхода ресурса, а также фактор, связывающий площадь и биомассу организма. Верификация модели проведена расчетом динамики биомассы для полных (нормальных) сосновых насаждений первых 5 бонитетов (Iб, Iа, I, II, III). Качество модели оценивается безразмерным критерием эффективности Нэша–Сатклиффа, значение которого, как правило, больше 0,95, что соответствует описанию данных, близкому к идеальному.

Клуб «Необуч» — лаборатория необычных вкусов — переживает нелёгкие времена. Грядёт университетская проверка, в ходе которой члены клуба должны предъявить результаты своей деятельности. Но первокурсница Эйми Мураяма по случайности съела заварные пирожные, предназначенные для оценки работы клуба! Что же теперь делать? Положение усугубляется тем, что у Эйми проблемы в учёбе: ей слишком трудно даётся курс термодинамики. Сэнсэй Масунаги и старшекурсник Като помогают ей наверстать упущенное. Каковы основные начала термодинамики? В чём разница между теплотой и температурой? Что такое обратимые и необратимые процессы? А главное — помогут ли эти знания в деле спасения клуба? Увлекательный сюжет и иллюстрированные объяснения помогут читателям освежить знания или сделать первый шаг в удивительный мир термодинамики!

Учебное пособие содержит краткое изложение тем, вопросов, необходимых для понимания студентами тепловых процессов в технике, их влияние на функционирование различных технических систем. Предназначено для студентов инженерных направлений подготовки и специальностей

Рассмотрена возможность применения теории размерностей для расчета теплового моделирования излучательной способности металлов и их сплавов в широком диапазоне температур, включая фазовый переход в системе «твердое тело – жидкость». Проанализировано использование температур Дебая металлов по отношению к периодическому закону Д.И. Менделеева.

Содержит материал для проведения практических занятий по термодинамике и теоретическим основам холодильной техники. Включает теорию термодинамических процессов, задания и пояснения к порядку их выполнения. Рассмотрены отдельные термодинамические процессы, идеальный цикл паровой холодильной машины в диаграммах T−s и lg p−h, энергетические потери, различные варианты теоретических циклов, термоэлектрический эффект.

Содержит теоретический материал по разделам «Физические основы механики», «Молекулярная физика и термодинамика», вопросы для самостоятельной подготовки, примеры решения задач, контрольные задания.

В методических указаниях рассмотрены факторы, влияющие на интенсивность отдачи теплоты отопительными приборами в отапливаемое помещение. Главное внимание уделено условиям теплообмена при естественной конвекции для некоторых типов отопительных приборов.

Приведены краткие теоретические сведения о термодинамических процессах в газах. Рассмотрены методики измерения теплоемкости на натурной и виртуальной установках.

Приведены формулировки стационарных и нестационарных задач теплопроводности. Рассмотрены основные особенности построения численного решения этих задач в рамках конечно-элементной технологии.

Приведены основы термометрии, последовательность подготовки к измерению температуры на практике, а также рекомендации к определению и коррекции погрешности измерений. Предназначено для формирования у обучающихся системных знаний по проведению измерений температуры и обработке полученных данных.

Представлены методы и алгоритмы планирования температурных измерений, предназначенных для последующего определения характеристик теплопереноса частично прозрачных пористых материалов. Приведены примеры использования алгоритмов решения задач, рассмотрены результаты их применения при планировании температурных измерений на этапе подготовки стендовых тепловых испытаний образцов теплозащитных материалов и элементов теплонагруженных конструкций.

Представлены постановки и алгоритмы решения обратных задач радиационно-кондуктивного теплообмена для определения теплофизических и оптических характеристик материалов. Приведены примеры использования алгоритмов, рассмотрены результаты их применения для определения характеристик теплозащитных материалов.

Изложены основы расчета и проектирования теплообменных аппаратов и систем охлаждения газовых турбин как элементов газотурбинного комплекса, все агрегаты которого влияют друг на друга, и их параметры взаимосвязаны. Содержание учебника соответствует курсу лекций, читаемому авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Описана методика расчета термодинамических параметров плазмы в широком диапазоне изменений температуры и давления. Даны краткие теоретические сведения в помощь к выполнению курсового проекта, приведены пример расчета и необходимый справочный материал.

Пособие содержит основные типы задач, рассматриваемых на практических занятиях по физике. Сборник задач состоит из введения, основной части, разбитой на четыре раздела: механика, теория относительности, термодинамика и молекулярная физика, электричество, указаний и ответов. Для каждой темы приведены основные определения и формулы, примеры решения задач, справочные данные.

Пособие представляет собой вторую часть вводного курса в физику фазовых превращений. Весь изложенный материал не выходит за пределы математических и естественнонаучных познаний студентов младших курсов. На базовом уровне рассмотрены условия равновесия фаз и процессы фазовых переходов. Введены понятия фазы, равновесия фаз, фазовой диаграммы, критической точки, метастабильного состояния. Получен закон Клапейрона–Клаузиуса, описаны фазовые переходы первого рода: плавление и кристаллизация, кипение и конденсация.

Пособие представляет собой первую часть вводного курса в физику фазовых превращений. Весь изложенный материал не выходит за пределы математических и естественнонаучных познаний студентов младших курсов. Рассмотрена термодинамика фазовых равновесий, даны базовые понятия термодинамики: термодинамические потенциалы, условия устойчивости различных термодинамических состояний. Особое внимание уделено поверхности раздела двух жидких фаз и поверхности жидкость–твердое. Описана термодинамика поверхностного натяжения, объяснены условия смачивания и несмачивания, рассмотрены капиллярные явления, получена формула Лапласа.

Изложены теплофизические основы холодильной обработки пищевых продуктов, методы расчета тепловых процессов, даны расчетные соотношения. При этом в математических решениях отдано предпочтение простым средствам, которые могут быть использованы для расчетов с необходимой точностью. Процессы холодильной технологии рассмотрены в совокупности со свойствами пищевых продуктов и технологическими условиями. Рассмотрены примеры решения задач. Даны контрольные задачи для самостоятельной работы.

Учебник включает в себя основные понятия и законы технической термодинамики и теплопередачи, приложения этих законов к процессам и системам.

Представлены результаты экспериментального и численного исследования динамических и тепловых характеристик дозвуковых отрывных потоков, образующихся за различными преградами. Рассмотрены картины обтекания обратной ступеньки, одиночного ребра и прямоугольной каверны, являющиеся в настоящее время классическими задачами аэрогидродинамики и тепломассопереноса. Последовательно изучены более сложные случаи развития отрывных течений за преградами: обтекание ребра и системы ребер, расположенных под разными углами к направлению потока, ступеньки со скошенной обратной стенкой, каверн с наклонными стенками, а также отсоединенных ребер. Исследовано влияние различных факторов на динамику отрывного течения и турбулентный теплообмен.

Курс «Тепломассообмен» является базовой дисциплиной для ряда инженерных и прежде всего теплотехнических и энергетических специальностей. В связи с быстрым развитием теории теплообмена из года в год видоизменяется и совершенствуется учебный курс тепломассообмена, читаемый студентам высших учебных заведений. В учебном пособии рассмотрены теоретические положения одного из способов распространения теплоты – теплопроводности, приведены сведения по методам и алгоритмам расчета стационарных и нестационарных температурных полей.

Излагаются основы статистической физики классических и квантовых равновесных систем. Приводятся примеры, иллюстрирующие теоретические положения из области микро- и наноэлектроники, фотоники, физики конденсированного состояния. Предлагаются задачи для самостоятельной работы. Издание предназначено для студентов, изучающих курсы: «Физика твердого тела», «Физика полупроводников», «Физика конденсированного состояния», «Наноэлектроника», «Фотоника», где используются методы и результаты статистической физики.

Пособие представляет собой сборник задач по разделам физики «Термодинамика» и «Молекулярная физика». Изложение каждой темы начинается с краткого теоретического введения и сопровождается разобранными примерами решения задач. Представлено 28 вариантов заданий (по восемь задач в каждом), предназначенных в качестве расчетно-графических заданий для самостоятельной работы студентов. Материал отражает требования, предъявляемые к курсу физики ФГОС 3.

В пособие включены лабораторные работы по механике поступательного и вращательного движения, молекулярно-кинетической теории и термодинамике. В каждую лабораторную работу включено теоретическое описание исследуемого явления. Во вводной части пособия рассмотрены методы статистической обработки результатов измерений.

В настоящем учебно-методическом пособии представлены лабораторные работы, цель проведения которых – ознакомить студентов с численными методами решения практических задач и помочь им выработать навыки, необходимые при решении задач с использованием электронных вычислительных машин.

Посвящена изучению процесса тепломассообмена в вихревых контактных аппаратах. Изложены результаты физических экспериментов и моделирования в универсальном моделирующем пакете ChemCAD и в программном обеспечении Wolfram Mathematica процессов контактной конденсации в аппарате вихревого типа, а также распыливания жидкостей центробежной форсункой с винтовым завихрителем.

Изложены теоретические сведения по разделам курса «Математика: Поверхностные интегралы. Элементы теории поля. Их приложения к механике, физике и теплотехнике». Приведены разнообразные задачи и примеры по темам, также подобраны задачи для самостоятельного решения. Включено тридцать вариантов расчетного задания.

Рассмотрены основные схемы и циклы работы парокомпрессионных холодильных машин (ПХМ), применяемые в них холодильные агенты, методы расчета циклов, энергетических потерь и характеристик ПХМ. Описан программный пакет CoolPack, позволяющий рассчитывать и определять параметры узловых точек холодильных циклов, характеристики циклов, а также теплофизические свойства холодильных агентов и хладоносителей в широком диапазоне температур и давлений.

Рассматриваются вопросы изучения профессионально-ориентированного перевода в области машиностроения, гидродинамики, теплофизики и термодинамики.

Учебно-методическое пособие содержит основные рекомендации по выполнению практических работ и курсовой работы по дисциплине «Теплофизика», а также практических работ по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара». Изложены теоретические сведения по дисциплинам «Теплофизика» и «Прогнозирование опасных факторов пожара», даны примеры выполнения расчётов по тематике практических занятий в составе указанных дисциплин. Приводятся методические советы по оформлению и выполнению курсовой работы, а также по решению практических заданий.

В учебно-методическом пособии приведены общие методы расчета теплообменных аппаратов различного типа. Рассмотрены основы физических процессов передачи теплоты. Даны рекомендации для подготовки к практическим занятиям и самостоятельной работе, разъяснен порядок выполнения расчетов с приведенными примерами.

В учебно-методическом пособии приведены основные методики расчета теплообменных аппаратов различного типа. Рассмотрены основы физических процессов передачи теплоты. Даны рекомендации для подготовки к практическим занятиям и самостоятельной работе, разъяснен порядок выполнения расчетов с приведенными примерами.

В монографии обобщаются результаты длительных (5,5-годичных) испытаний полистирольного пенопласта при постоянном сжимающем напряжении. Подход к изучению деформаций материала является феноменологическим, то есть осуществлено рассмотрение реологического поведения тела (пенополистирольного образца) в целом без вникания во внутреннее строение изделия и происходящих в его структуре изменениях в результате внешних силовых воздействий.

Содержатся исследования ползучести минераловатных плит при действии постоянных во времени сжимающих напряжений. Подход к изучению деформаций материала является феноменологическим, то есть осуществлено рассмотрение реологического поведения тела (минераловатных образцов) в целом без вникания во внутреннее строение изделия и происходящих в его структуре изменениях в результате внешних силовых воздействий.

Монография посвящена проблемам энергосбережения и экологической безопасности, ставшим особенно актуальными после прошедшего в декабре 2015 года Климатического саммита, осмыслению и осознанию этих тенденций для одного из важнейших аспектов в существовании и развитии цивилизации XXI века — техники низких температур. Использованы материалы лекций, прочитанных по магистерскому направлению подготовки 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения».

В учебном пособии изложены элементы газодинамики, необходимые для понимания сущности теплофизических процессов, происходящих в судовых энергетических установках, и выполнения теплофизических расчетов. Рассмотрены общие закономерности движения потоков сжимаемой среды, движение газов и пара в трубах и соплах, а также особенности обтекания газовым потоком одиночного профиля и решетки профилей.

Для большинства энтропия — понятие тающее, абстрактное, многие справедливо связывают его с термодинамикой, с энергией и температурой. Между тем энтропия — это фундаментальный научный термин, мера хаоса и неупорядоченности. Это уникальное физическое понятие, описывающее направление процесса, и одно из главных философских, поскольку энтропия играет существенную роль в наших представлениях о реальности. Энтропия — основание и объяснение того, что прошлое окаменело и застыло, а будущее неопределенно и пластично. Энтропия связана не только с движением молекул, рождением новых биологических видов, но с мыслительным процессом и творческим поиском. Энтропия проявляет себя и в теории информации: подобно тому как энергия связала вещество и движение, энтропия связала и вещество, и движение с информационной субстанцией. В книге подробно и увлекательно изложены законы термодинамики — матери энтропии — важнейшие законы, управляющие Вселенной. Автор прослеживает взаимосвязи таких категорий, как вещество, энергия, информация, и убедительно доказывает, что энтропия служит источником зарождения нового, будоражит и стимулирует жизнь.

Рассматриваются результаты теоретических и экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена в каналах круглого сечения. Целостный подход позволяет использовать достигнутые результаты при оптимизации конструктивных и режимных параметров тепловых аппаратов и наметить круг проблем, еще подлежащих разрешению на основе новых теоретических и экспериментальных исследований.

Монография посвящена проблеме улучшения технико-экономических показателей водно-солевых абсорбционных термотрансформаторов (АТТ) путем использования новых растворов. Представлены основные положения термодинамики растворов, методики расчета этальпийной и энтропийных диаграмм системы вода — сильный электролит на примере Н2О — LiВr. Предложен теоретический термодинамический метод поиска новых растворов как бинарных, так и многокомпонентных для применения в АТТ. Представлены данные о физико-химических свойствах девяти водных растворов солей и нескольких поверхностно-активных веществ, применяемых и рекомендованных для применения в АТТ. Большое внимание уделено природе коррозионных процессов, происходящих в водно-солевых АТТ, и способам борьбы с коррозией металлов. Также рассмотрено влияние поверхностных явлений на эффективность процессов в АТТ. Проведена оценка термодинамической эффективности применения различных водных растворов солей в АТТ: в режимах получения холода, а также в режимах понижения и повышения температуры греющего источника. Приведены сведения о разновидностях циклов абсорбционных термотрансформаторов. Второе издание монографии дополнено новыми материалами по свойствам водных растворов и циклам абсорбционных термотрансформаторов.

В монографии рассмотрены вопросы, связанные с применением результатов визуализации течений оптически активной жидкости в каналах теплообменных и технологических устройств и аппаратов. Приведены фотографии картин течения. Особое внимание уделено разработке моделей потенциального течения несжимаемой жидкости и их анализу на основе результатов визуализации потоков. На основании проведенных экспериментальных исследований и данных других авторов рассмотрены примеры использования результатов визуализации для профилирования стенок каналов различных аппаратов и устройств.

В сборнике представлены задачи повышенной сложности, предлагавшиеся на вступительных экзаменах в МГУ, МФТИ, МИФИ, МИЭТ и других ведущих вузах страны, а также на олимпиадах различного уровня.